JP2007273204A - Planar lighting apparatus and display device with same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面状照明装置、および、面状照明装置を備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a planar illumination device and a display device including the planar illumination device.
液晶表示装置などの非発光型の表示装置には、表示パネルの背面に光を照射するバックライトを設ける必要がある。例えば、液晶表示装置には、バックライトとして、冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp )や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などが設けられる。バックライトの構造には、エッジライト型と直下型とがある。エッジライト型(サイドライト型とも呼ばれる)のバックライトは、表示パネルの周囲部分に設けられた直線状光源と、直線状光源からの出射光を表示パネルの全面に導く導光板とで構成される。直下型のバックライトは、2次元状に配置された発光素子を含み、表示パネルの全面に光を照射する面状照明装置で構成される。 A non-light emitting display device such as a liquid crystal display device needs to be provided with a backlight for irradiating light on the back surface of the display panel. For example, a liquid crystal display device is provided with a cold cathode fluorescent lamp (CCFL), a light emitting diode (LED), or the like as a backlight. The backlight structure includes an edge light type and a direct type. An edge light type (also called a side light type) backlight is composed of a linear light source provided around the display panel and a light guide plate that guides light emitted from the linear light source to the entire surface of the display panel. . The direct type backlight includes light emitting elements arranged two-dimensionally, and is configured by a planar illumination device that irradiates light on the entire surface of the display panel.
図3は、従来の面状照明装置の構成を示す図である。図3に示す面状照明装置は、定電流電源91、および、複数のLED素子93を含むLEDアレイ92を備えている。LED素子93は複数個ずつ複数の群に分けられ、各群に属する複数のLED素子は直列に接続される。定電流電源91は複数の電流出力端子を有し、各LED列は定電流電源91の各電流出力端子に接続される。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional planar illumination device. The planar lighting device shown in FIG. 3 includes a constant
LED素子93に所定以上の電流が流れると、LED素子93は発光する。このときLED素子93は、LED素子93の消費電力に応じた輝度で発光する。ところが、LED素子93の電気−光変換効率には非常に大きなばらつきがあり、LED素子93の電圧−電流特性(V−I特性)にもばらつきがある。このため、LED素子93の発光量には、LED素子93の接続形態に依存したばらつきが生じる。このような発光量のばらつきは、各LED列を流れる電流のばらつき、1つのLED列内でのLED素子の消費電力のばらつき、および、LED素子の電気−光変換効率のばらつきなどに起因する。このようにLED素子の発光量にばらつきが生じるために、図3に示す面状照明装置を備えた表示装置では、表示画面に輝度むらや色むらが発生する。
When a predetermined current or more flows through the
なお、本願発明に関連する技術として、特許文献1には、LEDアレイの全体について定電流制御を行うことが開示されている。また、特許文献2には、複数のLED素子を直列に接続し、各LED素子に並列に接続した可変抵抗の抵抗値を調整することにより、LED素子の発光量のばらつきを補正することが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載されたように、LEDアレイの全体について定電流制御を行っても、LED素子の発光量のばらつきを抑えることはできない。また、特許文献2に記載されたように、複数の光源の輝度を個別に調整する調整手段を設けると、面状照明装置のコストが増大する。 However, as described in Patent Document 1, even if constant current control is performed on the entire LED array, variations in the light emission amount of the LED elements cannot be suppressed. In addition, as described in Patent Document 2, when an adjustment unit that individually adjusts the luminances of a plurality of light sources is provided, the cost of the planar illumination device increases.
それ故に、本発明は、発光素子の発光量のばらつきが小さく、かつ低コストの面状照明装置と、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止する表示装置とを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a low-cost planar illumination device that has a small variation in the amount of light emitted from the light-emitting elements, and a display device that can prevent luminance unevenness and color unevenness generated on a display screen at low cost. With the goal.
第1の発明は、表示装置のバックライトとして使用される面状照明装置であって、
2次元状に配置されたN個の発光素子を含む発光素子アレイと、
前記発光素子アレイに対して一定の電流を供給する定電流電源とを備え、
前記発光素子アレイに含まれるN個の発光素子はn個ずつm群に分けられ、各群に属するn個のLED素子は直列に接続され、これにより形成されたm個の回路は前記定電流電源の1対の端子間に並列に接続されており、
前記発光素子の抵抗値の平均をμ、標準偏差をσ、0.1以下に定めた閾値をTとしたときに、√(1/n−1/N)×σ/μ<Tを満たすことを特徴とする。
A first invention is a planar illumination device used as a backlight of a display device,
A light emitting element array including N light emitting elements arranged two-dimensionally;
A constant current power source for supplying a constant current to the light emitting element array,
The N light emitting elements included in the light emitting element array are divided into n groups of n, and the n LED elements belonging to each group are connected in series, and the m circuits formed thereby are connected to the constant current. It is connected in parallel between a pair of power supply terminals,
When the average resistance value of the light emitting element is μ, the standard deviation is σ, and the threshold value set to 0.1 or less is T, √ (1 / n−1 / N) × σ / μ <T is satisfied. It is characterized by.
第2の発明は、第1の発明において、
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The light emitting element is a light emitting diode.
第3の発明は、第1の発明において、
前記閾値Tが0.02であることを特徴とする。
According to a third invention, in the first invention,
The threshold value T is 0.02.
第4の発明は、第1の発明の面状照明装置を表示パネルの背面に設けた表示装置である。 4th invention is the display apparatus which provided the planar illuminating device of 1st invention in the back surface of the display panel.
上記第1の発明によれば、特別な回路を設けることなく発光素子を流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。このような面状照明装置を表示装置のバックライトとして使用することにより、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止することができる。 According to the first aspect, it is possible to suppress the variation in the current flowing through the light emitting element to be smaller than the threshold without providing a special circuit, and to suppress the variation in the light emission amount of the light emitting element at a lower cost than the predetermined value. By using such a planar illumination device as the backlight of the display device, it is possible to prevent luminance unevenness and color unevenness generated on the display screen at low cost.
上記第2の発明によれば、発光素子として発光ダイオードを備えた面状照明装置について、発光ダイオードを流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光ダイオードの発光量のばらつきを所定よりも小さく抑えることができる。 According to the second aspect of the invention, in the planar lighting device including the light emitting diode as the light emitting element, the variation in the current flowing through the light emitting diode is suppressed to be smaller than the threshold value, and the variation in the light emission amount of the light emitting diode is suppressed to be smaller than the predetermined value. be able to.
上記第3の発明によれば、発光素子を流れる電流のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑えることができる。 According to the third aspect, the variation in the current flowing through the light emitting element can be suppressed to be smaller than that of the conventional planar illumination device, and the variation in the light emission amount of the light emitting element can be suppressed to be smaller than that of the conventional planar illumination device.
上記第4の発明によれば、面状照明装置では、特別な回路を設けることなく発光素子を流れる電流のばらつきを閾値よりも小さく抑え、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。このような面状照明装置をバックライトとして備えているので、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止することができる。 According to the fourth aspect of the invention, in the planar lighting device, the variation in the current flowing through the light emitting element is suppressed to be smaller than the threshold value without providing a special circuit, and the variation in the light emission amount of the light emitting element is lower than the predetermined value at a low cost. It can be kept small. Since such a planar illumination device is provided as a backlight, uneven luminance and uneven color generated on the display screen can be prevented at low cost.
図1は、本発明の実施形態に係る面状照明装置の構成を示す図である。図1に示す面状照明装置10は、定電流電源11およびLEDアレイ12を備えている。LEDアレイ12は、n個ずつm群に分けられた全部でN個(ただし、N=m×n)のLED素子13を含んでいる。各群に属するn個のLED素子13は、それぞれ直列に接続される。これにより形成されたm個のLED列は、定電流電源11の1対の端子間に並列に接続される。具体的には、各LED列の一端は定電流電源11の電流出力端子に接続され、各LED列の他端は定電流電源11の電流入力端子に接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a planar illumination device according to an embodiment of the present invention. A
図2は、面状照明装置10を備えた液晶表示装置の構造を示す断面図である。図2に示す液晶表示装置20では、面状照明装置10は、直下型バックライトとして液晶パネル21の背面に設けられている。面状照明装置10の液晶パネル21側の表面には光学シート22が設けられ、反対側の表面には反射シート23が設けられている。面状照明装置10からの出射光は、液晶パネル21の背面の全体に直接に入射する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a liquid crystal display device including the
なお、LEDアレイ12は、白色に発光するLED素子のみを含んでいてもよく、あるいは、赤色に発光するLED素子と、緑色に発光するLED素子と、青色に発光するLED素子とを含んでいてもよい。また、液晶表示装置20は、面状照明装置10を1個だけ備えていてもよく、あるいは、複数の面状照明装置10を備えていてもよい。液晶表示装置20に複数の面状照明装置10を設ける場合、複数の面状照明装置10は、発光面が1枚の平面を形成するように配置される。
The
以下、本実施形態に係る面状照明装置10の特徴である、LED素子13の接続形態について説明する。面状照明装置10は、LED素子13の総数Nと、各LED列に含まれるLED素子13の個数nとが次式(1)を満たすことを特徴とする。
√(1/n−1/N)×σ/μ<T …(1)
ただし、上式(1)において、μはLED素子13の抵抗値の平均、σはLED素子13の抵抗値の標準偏差(ばらつき)、Tは0.1以下に定めた所定の閾値である。
Hereinafter, the connection form of the
√ (1 / n−1 / N) × σ / μ <T (1)
However, in the above formula (1), μ is an average of the resistance values of the
上式(1)を満たす面状照明装置10によれば、LED素子13を流れる電流のばらつきを閾値Tよりも小さく抑えることができる。以下、その理由を説明する。
According to the
LEDアレイ12に含まれる1個のLED素子(例えば、図1で右上のLED素子;以下、LED素子Qという)に着目し、LED素子Qの抵抗値をrとする。LED素子Qを含むLED列には、LED素子Q以外に(n−1)個のLED素子13が含まれている。これら(n−1)個のLED素子13の合成抵抗をRとする。また、LEDアレイ12には、LED素子Qを含まないLED列が(m−1)個含まれている。これら(m−1)個のLED列の合成抵抗をSとする(図1を参照)。
Focusing on one LED element included in the LED array 12 (for example, the upper right LED element in FIG. 1; hereinafter referred to as LED element Q), the resistance value of the LED element Q is denoted by r. The LED array including the LED elements Q includes (n−1)
ここで、面状照明装置10を所望の輝度で発光させるためには、各LED素子13に電流Jを流す必要があるとする。この場合、LED列を流れる電流の平均がJとなるように、定電流電源11からはそのm倍の電流mJが出力される。LEDアレイ12全体の合成抵抗はr、RおよびSを用いて(r+R)S/(r+R+S)と表されるから、電流mJを出力する定電流電源11の両端電圧はmJ(r+R)S/(r+R+S)となる。したがって、LED素子Qを含むLED列を流れる電流Iは、次式(2)で与えられる。
I=mJS/(r+R+S) …(2)
Here, in order to cause the
I = mJS / (r + R + S) (2)
電流Iの標準偏差をσI 、合成抵抗Rの標準偏差をσR 、合成抵抗Sの標準偏差をσS としたとき、誤差伝搬の法則から次式(3)が導かれる。
σI 2=(∂I/∂r)2σ2+(∂I/∂R)2σR 2+(∂I/∂S)2σS 2 …(3)
When the standard deviation of the current I is σ I , the standard deviation of the combined resistance R is σ R , and the standard deviation of the combined resistance S is σ S , the following equation (3) is derived from the law of error propagation.
σ I 2 = (∂I / ∂r) 2 σ 2 + (∂I / ∂R) 2 σ R 2 + (∂I / ∂S) 2 σ S 2 (3)
N個のLED素子13の抵抗値は互いに独立であるから、合成抵抗Rの標準偏差σR は、1個のLED素子13の抵抗値rの標準偏差の√(n−1)倍となる。また、n個のLED素子13の合成抵抗の標準偏差はσ√nであり、合成抵抗Sの標準偏差σS はその1/√(m−1)3 倍となる。すなわち、次式(4)および(5)が成立する。
σR 2=(n−1)σ2 …(4)
σS 2=(m−1)-3nσ2 …(5)
Since the resistance values of the N LED
σ R 2 = (n−1) σ 2 (4)
σ S 2 = (m−1) −3 nσ 2 (5)
また、式(2)をr、RおよびSでそれぞれ偏微分すると、次式(6)および(7)が得られる。
∂I/∂r=∂I/∂R=−mJS/(r+R+S)2 …(6)
∂I/∂S=mJ(r+R)/(r+R+S)2 …(7)
Further, when the equation (2) is partially differentiated by r, R and S, the following equations (6) and (7) are obtained.
∂I / ∂r = ∂I / ∂R = −mJS / (r + R + S) 2 (6)
∂I / ∂S = mJ (r + R) / (r + R + S) 2 (7)
式(3)に式(4)〜(7)を代入して整理すると、次式(8)が得られる。
また、合成抵抗RはLED素子Qの抵抗値rの(n−1)倍にほぼ等しく、合成抵抗SはLED素子Qの抵抗値rのn/(m−1)倍にほぼ等しいから、式(8)の(r+R)にnμ、Sにnμ/(m−1)を代入して整理すると、次式(9)が得られる。
さらにm=N/nであるから、電流Iの標準偏差をσI は次式(10)で与えられる。
上式(10)の右辺は、上式(1)の左辺のJ倍に等しい。したがって、上式(1)を満たす面状照明装置10では、LED素子13を流れる電流Iの標準偏差をσI は閾値Tよりも小さいと言える。このように上式(1)を満たす面状照明装置10によれば、LED素子13の発光量のばらつきを所定よりも小さく抑えることができる。したがって、面状照明装置10を備えた液晶表示装置20によれば、表示画面に輝度むらや色むらが発生することを防止することができる。
The right side of the above equation (10) is equal to J times the left side of the above equation (1). Therefore, in the
面状照明装置10における閾値Tは、従来の面状照明装置において各LED素子を流れる電流の標準偏差(ばらつき)を考慮して決定される。上記の効果を奏するためには、閾値Tとして0.1以下の値を用いることが望ましい。一例を挙げると、従来の面状照明装置においてLED素子を流れる電流には、約2%のばらつきがあることが知られている。そこで、発光素子の発光量のばらつきを従来の面状照明装置よりも小さく抑えるためには、面状照明装置10では閾値Tとして0.02を使用すればよい。この場合、LED素子13の総数Nと、各LED列に含まれるLED素子13の個数nとの間には、次式(11)が成立する。
√(1/n−1/N)×σ/μ<0.02 …(11)
The threshold value T in the
√ (1 / n−1 / N) × σ / μ <0.02 (11)
また、面状照明装置10は、特許文献2に記載された面状光源装置とは異なり、発光素子の発光量のばらつきを抑えるために特別な回路などを備えていない。したがって、面状照明装置10によれば、特別な回路を設けることなく、発光素子の発光量のばらつきを低コストで所定よりも小さく抑えることができる。また、面状照明装置10を備えた液晶表示装置20によれば、表示画面に発生する輝度むらや色むらを低コストで防止することができる。
Further, unlike the planar light source device described in Patent Document 2, the
10…面状照明装置
11…定電流電源
12…LEDアレイ
13…LED素子
20…液晶表示装置
21…液晶パネル
22…光学シート
23…反射シート
DESCRIPTION OF
Claims (4)
2次元状に配置されたN個の発光素子を含む発光素子アレイと、
前記発光素子アレイに対して一定の電流を供給する定電流電源とを備え、
前記発光素子アレイに含まれるN個の発光素子はn個ずつm群に分けられ、各群に属するn個のLED素子は直列に接続され、これにより形成されたm個の回路は前記定電流電源の1対の端子間に並列に接続されており、
前記発光素子の抵抗値の平均をμ、標準偏差をσ、0.1以下に定めた閾値をTとしたときに、√(1/n−1/N)×σ/μ<Tを満たすことを特徴とする、面状照明装置。 A planar illumination device used as a backlight of a display device,
A light emitting element array including N light emitting elements arranged two-dimensionally;
A constant current power source for supplying a constant current to the light emitting element array,
The N light emitting elements included in the light emitting element array are divided into n groups of n, and the n LED elements belonging to each group are connected in series, and the m circuits formed thereby are connected to the constant current. It is connected in parallel between a pair of power supply terminals,
When the average resistance value of the light emitting element is μ, the standard deviation is σ, and the threshold value set to 0.1 or less is T, √ (1 / n−1 / N) × σ / μ <T is satisfied. A planar illumination device characterized by the above.
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